新能源汽車銷量旺盛的背後，上游鋰電池的供給卻不太樂觀，寧德時代、蔚來的創始人都曾透露，新能源汽車行業正在面臨“電池荒”的問題。2021年，在28種鋰電材料價中26種價格上漲，無一下跌。其中，最大年漲幅達426.42%！動力電池的供不應求導致原材料價格的瘋狂上漲，而這種供不應求恆有可能會延續到2025年。在這樣的背景下，相關企業開始搶佔鋰資源，擴充產能，同時尋找新一代電池技術和“新能源”。
也因此，諸如鈉離子電池、固態電池、鋁電池等新的動力電池技術，以及氫能為代表的燃料電池，在最近一段時間成為比較熱門的話題，那麼這些能不能代替鋰電池成為電動汽車的裝載方案呢？
首先是鈉離子電池，此前寧德時代曾釋出了一款鈉離子電池，並獲得業內外人士一致好評。雖然從儲能角度來看，鈉離子電池相比鋰離子電池，還有一定差距。但鈉離子電池，也有鋰離子電池所不具備的優點。
鈉離子電池擁有更強的環境適應力，即便是零下20度也能穩定工作，藉助該產品幫助，電動車在高緯度地區將快速普及。不僅如此，鈉離子電池充電速度還更快。在充電站數量不斷增多的背景下，鈉離子電池快速充電的優點，有望掩蓋續航里程短的缺陷。
而鈉離子電池最大優勢在於鈉比鋰更加便宜、且資源更豐富，鈉電池的BOM成本也比鋰電池低20%，是比磷酸鐵鋰電池成本更低的電池。這讓電池生產商可以大幅降低電池生產成本，從而帶動電動汽車價格下降。
值得一提的是，雖然鈉離子電池進入市場時間並不長，但事實上，鈉離子電池早在上世紀80年代就出現在了科學家實驗室當中。過去三、四十年，科學家關於鈉離子電池的研究一直都沒有停止過。從技術儲備以及技術成熟度來看，鈉離子電池是唯一有可能取代鋰離子電池地位的產品。事實上，之前鈉離子電池已經替代鋰離子電池，成為固定設施應急電源的主力軍。而全球範圍內有意用鈉離子電池取代鋰離子電池的廠商，並不是只有寧德時代。美國、日本多家研究機構都在研究相關命題。
鈉電池之所以還未獲得與鋰電池同等的市場地位，主要原因還是在於能量密度還不夠高。目前，市場上鈉電池的電芯能量密度普遍在100-150Wh/kg，低於磷酸鐵鋰電池的180Wh/kg。相信隨著鈉電池材料等技術的創新突破，鈉電池或將重磅迴歸，
除了鈉離子電池，固態電池也是也是很有可能替代鋰電池的動力電池技術。固態電池，具有高能量密度、高導電率、安全性高等優勢，被譽為汽車鋰電池的終極形態。甚至有專家放出豪言：“全固態電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺之時。”
固態電池，就是使用固體材料作為鋰離子來回移動的電解質。在目前常用的汽車電池中，基本採用電解液作為電解質，某種程度上可以將其稱為液態鋰電池。液態鋰電池可能因短路、高溫而發生起火，鋰離子在反覆沉積和析出過程中，金屬鋰負極表面容易生長出鋰枝晶，併發生粉化，大大降低了電池的利用率，從而縮短電池使用壽命。
枝晶在電解液內生長，有時候會穿透隔膜，就會引發漏液，接著就會引發電路短路，最後電池高溫自燃。平時經常在新聞中看到電動汽車自燃事故，其中大部分都是因為枝晶瘋漲，從而引起電解液漏液。固態電池電芯內不含電解液，也不需要電解質鹽與隔膜，徹底杜絕了漏液引發的自燃問題。
此外，固態電池沒有液體，也就不需要複雜的封裝系統，也不需要 BMS 溫控元件。汽車動力電池，並不是像四驅車那樣將柱狀電池直接塞到電池盒內，需要用一層層包裝將這些柱狀電池、方形電池包起來，然後組成電池包，最後再將其安放在汽車底盤上。這一層層包裝，其實就是複雜的封裝與溫控系統，保障汽車安全。
固態電池技術出現後，封裝系統可以更加簡單，電芯佔電池包的比重也更高。如此一來，電池包整體能量密度也會得到相應提升。綜合來看，固態電池有望突破 500Wh/kg 瓶頸，將電動汽車續航里程提高到 1000 公里以上。
電池尺寸小、安全性強、續航里程長，固態電池簡直就是完美的鋰電池技術，可是，理論資料再好也沒用，固體電池技術研發難度太大。
去年1月，蔚來高調發布固態電池包，聲稱將在蔚來ET7轎車上使用；去年4月，寶馬釋出固態電池規劃，計劃在2025年前推出固態電池原型車，2030年前量產。除此之外，汽車動力電池“御三家”寧德時代、LG 化學、松下也紛紛開展固態電池研發計劃，一個屬於固態電池的時代似乎即將來臨。
不久前，全球首款鋁電池問世，這也人我們看到除鈉離子電池和固態電池以外的另一種可能。鋁離子電池EaI不僅效能比鋰電池更強勁，還在續航、安全、迴圈次數等方面全面超越鋰離子電池。鋁離子電池EaI的能量密度為1500Wh/L，或能提供600Wh/kg能量。作為對比，即便是當下最先進的三元電池所能提供的能量不過200Wh/kg。而一組15KW的鋁離子電池，能為電動汽車提供1200公里的續航，支援20000次迴圈充放電，在汽車上的壽命長達15年。
此外，鋁離子電池EaI沒有使用鈷、鎳等貴金屬，也沒有枝晶困擾，熱失控等，並且充電速度短得驚人。從技術上來看，鋁離子電池的前景的確非常廣闊。而從價格來看亦是如此，受電池荒影響，應用於三元鋰、磷酸鐵鋰電池的金屬鋰、鈷等價格持續上漲。
隨著鋰、鈷價格的上漲，市場急需尋找更具有價效比的材料。如今看來，鋁就是一個很好的替代者。無論是從引數，還是發展前景，鋁離子電池的確比鋰離子電池更優秀。倘若鋁離子固態電池真的能實現商業化，那麼它將極大推動電動汽車的快速發展。不過，從產業鏈佈局、資本投資以及技術等多方面來看，鋁離子電池想要替代鋰電的方案比較難。
除了以上幾種動力電池技術，以氫能源為主的燃料電池則是真正意義上的無汙染能源，也是未來替代動力電池的最好方案。而氫燃料電池汽車將在北京冬奧會重點推廣。北汽福田汽車近日交付的212臺氫燃料客車是為冬奧會北京延慶賽區提供的。目前共交付了近500輛氫燃料客車，用來為張家口賽區和北京延慶賽區提供服務。
此外，冬奧會和冬殘奧會舉辦期間，豐田將首次在中國投入大規模使用的FCEV “第二代MIRAI”、“柯斯達氫擎”，以及多款BEV、HEV車型。
從環保角度出發，無疑電動車和氫能汽車都是符合要求的。但如今鋰電池成本持續攀升，政府補貼又逐漸退坡，電動車價效比大幅下降，那麼氫能源汽車是否具備替代電動車的機會了呢？
在探討氫能源對動力電池的替代之前，首先首先要搞懂什麼是氫能源汽車。從字面意思不難理解，氫能源汽車就是以氫氣作為主要動力來源的汽車。但實際上，氫能源汽車存在氫燃料電池和氫內燃機兩大分支路線，他們之間有著本質上的區別。
氫燃料電池系統雖然有“燃料”二字，但實際上卻並不透過燃燒來進行能源轉換，而是氫氣在燃料電池堆中發生化學反應，將化學能轉化為電能，然後再透過電動機轉化為動能的過程。這套動力系統看似複雜，但卻擁有乾淨環保，能量轉化率高的優勢。
與電動車類似，氫燃料電池的最大的改變就是這套燃料電池堆及輔助系統（簡稱BOP），同時也是成本佔比最高的部分，約佔整車總成本的60%以上，其中電堆又佔到BOP系統成本的60%。
由於氫燃料電池能量轉化率高，同時安全係數也很高，因此被市場看做是具備爆發潛力的賽道，也是被看做是電動車最有力的競爭者。
從裝機量來看，中國燃料電池系統僅處於發展初期，尚未進入紅利釋放期。2019年全國燃料電池裝機量126.4MW，而疫情下的2020年，這一資料同比下降36%至80.4MW，顯示出極強的波動性。
儘管氫燃料電池汽車已經具備了替代電動車的潛力，但其遲遲無法大規模推廣，核心原因就在於成本之上。這裡的成本主要有三方面，其一氫燃料電池汽車的整車成本；其二加氫站成本；其三則是制氫成本。
首先，氫燃料電池汽車目前的整車成本依然偏高，具有很大的下降空間。BOP系統是氫燃料電池汽車佔比最高的成本要素，其中燃料電池堆又是BOP系統中佔比最高的。因此BOP系統和燃料電池堆的價格直接決定了整車成本的高低。單從應用角度來看，氫燃料電池在汽車中的使用已經不成問題，但由於缺少規模優勢，使得相關技術的迭代速度很慢，這直接造成了BOP系統的價格難以下降。
例如氫氣在燃料電池堆的反應過程中需要用到催化劑，傳統催化劑需要用到很多貴金屬鉑（Pt），但實際上金屬鉑並非唯一的選擇，透過降低降低鉑的含量或者尋找替代品，依然能夠起到催化作用。
類似的技術改進幾乎可以出現在BOP系統各個分支之上，從成本角度考量，氫燃燒電池汽車距離“完美”依然有很大的距離。
其次，加氫站的短缺也是制約氫燃料電池車輛發展的重要原因之一。氫氣是氫燃料電池汽車的核心燃料，但氫卻並不能輕易得到，與到處都是的加油站對比，加氫站的數量可謂鳳毛麟角。即使目前，氫燃料電池汽車的單價已經降至很低，但如果周圍沒有加氫站提供燃料，那麼也不會有消費者購買它。
加氫站到底有多麼稀缺呢？截止2020年底，中國累計建成加氫站118座，其中101座已經正式投入運營，且有167座仍在假設中。剛剛過百的加氫站數量，意味著對於普通人來說，氫燃料電池汽車幾乎不具有應用性。
目前，我國建造一個加氫站的成本約1500萬元，這還沒有包括後續的運維費用。但好的一點是，國內的加氫站的核心產品幾乎都做到了自主研發。從成本端看，加氫站成本最高的是壓縮機，約佔整個加氫站總成本的30%。
第三，氫氣的價格更是直接影響到終端的使用成本。現階段，我國氫氣來源主要依靠煤炭、工業副產和天然氣。這些制氫方法雖然可以儘量的降低成本，但由於制氫過程中同樣涉及到碳的排放，因此並不是真正的“新能源”。
行業中將由“電解水”方式得到的氫氣稱為“綠氫”，它也被市場公認為氫能源的最佳答案。電解水制氫的原理就是在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。
目前，已經實現工業規模化的電解水技術主要以鹼性電解水為主，質子交換膜電解水與固體氧化物電解水尚處於發展階段。鹼性電解水的優點是技術成熟，配套成本低，但缺點則是過於耗電，未來有可能被其他路線所取代。
由於電解水制氫中，需要用到大量的電，因此最終氫氣價格直接與電價高度相關。按照估算，如果電價能夠低於0.3元時，那麼電解水制氫的成本就能夠跟其他制氫方法持平。
雖然氫燃料電池無法在短時間內取代動力電池，但其卻可以在部分場景實現對於鋰電池汽車的互補，進一步實現碳中和之路。
隨著鋰電池原材料價格的上漲，汽車和電池企業面臨嚴峻的考驗，這迫使企業加大對電池技術研發的投入，企業需要透過創新探索新技術、新產品、新業態、新商業模式， 這將對建立電池技術新體系起到積極推動作用。無論是固態電池、鈉離子電池、鋁離子電池還是氫燃料，在中國製造2025裡面提出動力電池能量密度需要突破400Wh/kg， 要達到這樣一個目標，對電池企業和研發機構都提出了新的挑戰。
